《光外差探测系统》PPT课件.ppt

1、第六章光外差检测系统、光外差检测原理影响光外差检测特性光外差检测灵敏度的要素光外差检测系统的例子、6.1光外差检测原理、光波f(t )为：平均光功率Pcp为：外差检测原理如果差拍频率低于光电检测器的截止频率，则光电检测器具有频率为c/2的光电流输出，称为：量子效率、光子能量、差拍频率、 带通滤波器的瞬时中频电流为：瞬时中频信号电压为：中频输出有效信号功率：在此，当1=2时，称为零差检测。 检测时，检测包含信号振幅和相位的差拍信号。 使用具有稳定频率和相位差的光源(相干光源)，可以得到稳定的差拍输出。 光外差检测原理作为影响光外差检测特性光外差检测灵敏度的因子光外差检测系统的例子，1、变换增益变

2、换增益为6.2光外差检测特性，光外差检测中频输出有效信号功率为直接检测器输出的功率，例如， 相对于目标光束方向的运动速度v015ms、10.6m的CO2激光，目标反射后的回波的多模糊频率fS的频率差为：若直接检测正频谱滤波器，则滤波器带宽为10，对应的带宽f2的带宽之比为：3 检测器的输出电流为：输出信噪比为4，最小可检测功率内部增益为g的光外差检测器的输出有效信号功率为：对于光导检测器G01000光检测器G1，光电倍增管g为106以上。 当固有功率PL足够大时，进行光学外差检测的量化检测极限或者量化噪声极限。 当热噪声为主要噪声源时，即，当最小可检测功率=1，f=1时，量化噪声检测极限条件对

3、单光子计数、5、光学外差检测系统的检测性能的要求系统性能主要取决于检测器的性能。 第一响应带宽测量两个动态范围，并且所请求的探测器的响应范围也相当宽。 2均匀性优异的检测器的光电性能在整个受光面上一致。 3工作温度被认为实用性很高。 光外差检测原理影响光外差检测特性光外差检测灵敏度的要素光外差检测系统的例子1、空间相位条件(空间对准)是由于信号光束和本机振荡光束的方向严格不一致造成的。6.3影响光外差检测灵敏度的因素，信号光：本机振荡光：本机振荡光相对于x分布的相位差：(其中，出射率n=1，本机振荡光波：x点的响应电流为：受光面总响应电流为：Ad为检测器的面积时，中频电流I最大，即外差检测的空

4、间相位条件由此，去除了背景光噪声。 外差检测在空间滤波性能方面很出色。 同时，系统测量的难度也在增加。 解决方案：采用聚焦镜头降低空间对准的要求。 相当于将本质上不同的传播方向的信号光束汇总为一个。 失去配角取决于系统的视角。 f是透镜的焦距，Dp是探针受光面直径，有效开口Deff是：衍射线光斑直径Dd是：所以，2，多模外差接收实光源是多模激光器，使光外差检测的信噪比降低。 1 )仅将本机振荡光假设为多模式，将信号光波设为单模式，将其光波场函数设为fs(t)=Ascost。 本振光波场是多模式，共享ML模式，并且各模式的振幅相等的设为AL，在ML模式内能量(功率)均匀分布。因为仅在第j个模式中

5、对信号场有贡献，所有模式都对噪声有贡献，所以信噪比为单模式外差式信噪比的1/ML倍。 2 )信号光和本机振荡光通过多模信号光的有MS个模式的本机振荡光有ML个模式，能量均匀。 当ML MS是ML MS时，由于本地振荡模式而引起的噪声较大，并且信噪比降低。 ML=MS时，SNRp最大，3，大气湍流影响外差检测的大气湍流是随机现象，反映在空间变量中，也反映在时间变量中。 由于空间各点的光波相位表现为随机变化，因此大幅减少相干面积，破坏空间相位条件，降低外差接收功率，降低噪声比。 4、频率条件的频率条件主要表现为单色性。 光外差检测是两个光波重叠干涉的结果。 光的单色性越好，干涉信号越强。 如果信号

6、光与本机振荡光的频率相对漂移较大，两者的频率的差有可能大幅超过中频滤波器带宽，则光混频器以后的前置放大器与中频放大电路无法正常地放大中频信号。 频率对策是必要的。 F-P腔稳频、锁模稳频、饱和吸收稳频等1、干涉测量技术应用光的干涉效应进行测量的方法称为干涉测量技术。 干涉测量系统主要包括光源、干涉系统、信号接收系统和信号处理系统。 优点：测量精度高(波长单位)，6.4光外差检测系统的例子，干涉测量的基本原理：改变干涉校正的传播光的光路引起光的相位调制，表现为光强度的调制。 通过测量干涉条纹的变化可以得到被测量残奥仪表的信息。 干涉条纹由干涉场中的光路差相同的场点的轨迹来形成。 可测量长度、角度

7、、平面度、折射率、气体和液体的含量、光学元件的表面形状、光学系统像差、光学材料内部缺陷等几何量和物理量。 1 )激光干涉测长的基本原理系统构成： (a )激光光源(b )干涉系统(c )光电显微镜(d )干涉信号处理部，位移，2 ) 激光干涉测长器的光路设定1 .激光2 .透镜3 .小孔光圈4 .透镜5 .反射镜6 .反射棱镜7 .相位板8 .直角棱镜9的分支镜10 .直角棱镜11 .透镜12 .光圈13 .光检测器14 解决方法：判别计数。 测量镜向正方向移动时产生的脉冲为施加脉冲，相反为减脉冲。 判定计数：正向移动：正向： 1324同样，反向： 1423、位移长度：2、光外差通信光外差通信

8、基本上将CO2激光用作光源，构成发光系统和接收系统的大部分。 辐射系统：频率稳定原理：辐射波长增加，光束也增加，输出电压增加，压电陶瓷缩短腔长度，提高辐射频率，缩短波长，相反，波长变长，滤波器的滤波器曲线，接收系统：3，3，多布拉、焦点上的干涉场条纹分布：干涉条纹间距：干涉条纹的空间频率：散射粒子沿方向通过速度v，与条纹垂线的角度时，粒子散射的光强度频率：2)输出波形解析，在一个粒子流动且粒径比干涉条纹宽度小很多的情况下，粒径比干涉大的光谱分析法， 光电倍增管的输出信号滤波后，本机振荡器产生的振荡信号为：外差振荡信号：差拍信号成分为：中频放大器，而差拍信号的频率fL-fs为f0时，中频放大器有较大的差拍信号输出。改变fL进行扫描，在